[发明专利]一种孔壁强化的防损伤方法及其装置

说明书

一种孔壁强化的防损伤方法及其装置，包括工件夹持单元、防护板单元和控制系统，其中：工件夹持单元包括机械手II和工装夹具II，所述工装夹具II安装在所述机械手II的执行末端，用于夹持需进行孔壁强化的工件；防护板单元包括机械手I、工装夹具I、调节机构和防护板，所述工装夹具I安装在所述机械手I的执行末端，所述防护板通过所述调节机构安装在所述工装夹具I的夹头端，以调控所述防护板伸入工件孔壁内的径向和周向位置；控制系统包括控制器和计算机，所述控制器连接并控制所述机械手I和所述机械手II，所述计算机控制激光器，在激光冲击强化时，使所述激光器向工件的待加工部位发射激光束。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，特别是涉及一种孔壁强化的防损伤方法及其装置。

背景技术

航空结构件孔的结构承受复杂交变载荷，常常产生微动疲劳等失效形式。为实现孔壁疲劳延寿，通常采用激光冲击强化技术对孔壁进行表层改性处理，诱导表层高幅残余压应力和晶粒细化，从而显著提高孔壁疲劳寿命。目前，现有技术中的有关孔结构激光冲击强化(例如，飞机发动机整体叶盘相邻叶盘强化过程)，仅从理论上考虑孔壁强化，并未考虑实际工程应用中，多光斑搭接激光冲击强化孔壁时，由于小孔效应，激光爆轰波对孔壁强化区域对应的孔壁面损伤问题。

针对现有技术的缺陷，本申请基于理论和工程应用考虑，提出了一种孔壁强化的防损伤方法及其装置。

发明内容

本发明实施例提供了一种孔壁强化的防损伤方法及其装置，通过工件夹持单元、防护板单元和控制系统协同作用，使得防护板始终能够屏蔽孔壁强化产生的激光爆轰波，解决了对应孔壁面及其表面吸收层产生损伤，减少吸收层粘贴次数，实现孔壁圆周一次性强化。

第一方面，本发明提供一种孔壁强化的防损伤装置，包括工件夹持单元、防护板单元和控制系统，其中：

工件夹持单元，包括机械手II和工装夹具II，所述工装夹具II安装在所述机械手II的执行末端，用于夹持需进行孔壁强化的工件；

防护板单元，包括机械手I、工装夹具I、调节机构和防护板，所述工装夹具I安装在所述机械手I的执行末端，所述防护板通过所述调节机构安装在所述工装夹具I的夹头端，以调控所述防护板伸入工件孔壁内的径向和周向位置；

控制系统，包括控制器和计算机，所述控制器连接并控制所述机械手I和所述机械手II，所述计算机控制激光器，在激光冲击强化时，使所述激光器向工件的待加工部位发射激光束。

进一步地，所述调节机构包括轴向滑杆和横向滑杆，所述横向滑杆的一端安装有调节滑块，另一端安装所述防护板，所述调节滑块的中心开有通孔，通孔的轴线与横向滑杆的轴线垂直，所述轴向滑杆的顶部安装在所述工装夹具I的夹头端，所述轴向滑杆的底部通过调节滑块的通孔与所述横向滑杆连接，使所述调节机构的横向滑杆通过调节滑块可沿其轴向滑杆往复滑动，所述防护板的顶部可沿所述调节机构的横向滑杆往复滑动，所述防护板的底部伸入工件的孔壁遮挡非加工面，实现爆轰波反射屏蔽。

进一步地，所述调节机构的调节滑块上设有轴向和径向调节件，用于在所述调节机构的横向滑杆在轴向滑动或者径向转动时，对其限位调节，以调节所述防护板的底部伸入工件孔壁内的深度及与孔壁面的径向距离。

进一步地，所述防损伤装置还包括喷嘴，所述喷嘴安装在所述调节机构的轴向滑杆底部，在激光强化前，用于提供孔壁强化区域表面均匀的水流约束层。

进一步地，所述防护板的底部伸入工件孔壁内与孔壁面的径向距离为L₁为，其中，D为工件孔壁的孔径，a为激光光斑的最大直径尺寸，所述防护板(4)的宽度W为：厚度h为：所述防护板(4)宽度方向中心线与激光束辐射在孔壁上的光斑中心相一致。

进一步地，所述防护板(4)的底部为平板或曲面板，所述防护板(4)的底部为曲面板时，该曲面防护板的凸曲面朝向孔壁中心一侧，曲面半径小于所述防护板(4)的材质为不锈钢。